Transcript 簡易音圧センサの研究と製作2

簡易音圧センサの研究と製作２
桐蔭横浜大学工学部電子情報工学科3年
Ｔ16E028 斉藤 喜一郎
Ｔ16E020 小倉 大八州
顧問 杉本 恒美 助教授
背景
現在使われている音圧センサは高価なも
のが多く、すぐ破損してしまう。
今回の研究では安価な材料を使用し簡易
的な音圧センサの研究と製作を目的とす
る。
音波の可視化を目指す。
原理
圧電素子（PZT）は電圧を加えることにより
振動する逆圧電効果という性質がある。こ
の性質を使用して、振動により電圧が発生
することも可能である。このことを利用し
PZTとLEDを直結させて音圧センサとする。
実験装置
実験は凹型振動子を水中に沈め
水中でおこなう。 極力大きな音波
で実験をおこないたいため振動子
の共振周波数をオシロスコープで
計測。
530ｋHzが共振周波数であった。今
後この値で電圧を0.7Vとし実験を
すすめる。
100Φ100R
凹面振動子
ｱﾝﾌﾟ
任意波形発生装置
前回までの研究成果
１KΩ
ＬＥＤとＰＺＴの音圧センサにバイアスを加えるこ
LED
LED
LED
とによりLED不感帯をなくした。微量の発生電圧
定電圧定電流
安定化電源
にも反応し、感度を飛躍的に改善させることが出
－
＋
来た。
小規模であるがラインセンサの試作品も製作に
成功している
PZT
PZT
PZT
超音波センサの動作実験
前回までに試作したラインセ
ンサを使用し、凹面振動子の
焦点面上の音圧分布及び、
光電倍増管をもちいてバイア
ス電圧に対する光の強度変
化を計測した。
凹面振動子の音圧分布計測
凹面振動子の中心から半径３ｍｍの焦点面上
を１ｍｍ間隔で計測した
バイアス電圧を加えた光強度波形
3
Output of the PD(V)
2.5
0.8v
3.0v
2
1.5
1
0.5
-4.E-06
-2.E-06
0
0.E+00
-0.5
-1
Time(s)
2.E-06
4.E-06
２次元センサへの挑戦
前回製作したラインセンサの欠点として、スライド
させ計測しなくてはならず、直感的な可視化には
なりづらかった。
２次元センサへの課題
抜本的な対策として回路の高密度化、それに伴
う部品の小型化が必須である。
製作者のはんだ技術向上も必須であった。
チップ抵抗１KΩ
2mm×2mm×2mmのPZT
２次元音圧センサ
２次元音圧センサの動作
まとめ
各種実験、製作においてセンサとしての有
効性が飛躍的に向上した。
当初の目標である音場の可視化は成功し
た。
課題
均一のPZTを使っていない事による光度
の違いをなくす。
基礎研究は終了したと考えているので今
後は製品化する前提での製品のクオリ
ティーを高めていきたいです。